Теория пограничного слоя Г. Шлихтинг под ред. Лойцянского Л.Г. (1013691), страница 182
Текст из файла (страница 182)
ХХЧ 686 относительной толщиной при симметричном обтекании. Полученные значения коэффициента сопротивления еьупраэ включают в себя и сопротивление давления, и сопротивление трения 1). К профильному сопротивлению при сверхзвуковых скоростях добавляется еще волновое сопротивление течения без трения.
Для двояковыпуклого профиля волновое сопротивление по линейной теории равно (С (~~(2 ( 3 '1) 1 )/Маз — ( (25.31у Как показывает рис. 25.6, влияние толщины профиля на профильное сопротивление при сверхзвуковых скоростях обтекания незначительно. Влияние числа Маха на профильное сон) ЛУ1' противление для двояковыпукг Ы ()4 Ж 00 (у лых профилей и для продольно обтекаемой пластины при- тмерно одного порядка. ф л(( ((г дб ду уе (() у ср -г Ю ср -г В 5.
Потери энергии в лонаточных решетках 1) Сопротивлением давленин здесь является та часть волнового сапратнвленнн, которая вызвана вытесннющнм действием пагранпчнага слоя. -() -у Определение профильного сопротивления путем расчета, поясненное в предыдущем нам, -уе, еу„=ууу ру раграфе для отдельного крылоного профиля, распространено ВЮ УУ' Г. Шлихтингом и Н. Шольцем [за), (зе) на случай течения че)(д рез крыловые или лопаточные решетки. Если в турбине или в компрессоре с осевым протекапнем через направляющее и А ! (ы' рабочее колеса провести цилинру У л дрическое сечение с осью, сов- 4 падающей с осями обоих колес, раут р уал и затем развернуть это сечение Ф в плоскость, то в последней получится так называемая плосРна.
2в.т. теаречнчеанае потенлкельнае реапределенне пекленнл клаль лепетал чурбанная Решетка н положе- кая Решетка из отдельных пра- вке тачек отрыва пагрекнчнага слоя на лопатках прн фнпсй КРЫЛЬЕВ ИЛИ ЛОПатОК. деух Резлнчных Углах натекеннк До Па Ф. В. Рагельау (ззе). Реал Уаченаккн лаыачак 6 „= вт,в', отнеси- Параметрами этой решетки явтельныв шее (л з,в. Вукьав м обозначена положе не ляются относительный шаг ()(, точки атрыеа прн яе = 10'(А) н прн яе = 10'(я). не ТОЧКИ ЫННННУНЕ ДалЛЕННК, а бУКВОЙ А — ПапажЕННЕ т. е.
Отноп1ение шага 1 решетовы ординат кривых реапрелеленнк делленнн отлажены ки к хорде профиля н угол ус значекнк ар (р — р,)( — ызь. а тановкиру„профиля(рис.25.7). При потенциальном обтекании отдельного крыла давление далеко впереди и далеко позади крыла одинаково. При потенциальном же течении через решетку такое равенство давлений в общем случае нарушается, а именно позади решетки возникает понижение давления, если решетка преобразует давление в скорость (турбинная решетка), и, наоборот, возникает повышение давления, если решетка преобразует скорость в давление (насосная, или компрессорная, решетка). Совокупное действие такого понижения (или повышения) 687 б 5! ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ В ЛОПАТОЧНЫХ РЕШЕТКАХ Рнс.
85.8. Сннмнн обтекания лодатон, соеднненных в решетнн. Получены по методу ннтерйерейпнонных полое Э. Эллерта. а) Данные для турбинной решетки (поннженне Лавленнл): Э5 = 18Ч 1)1 = О 5811 Яе = (ло )О'. б) Данные для насосной решетки (новышевне давя~ ння): бч = 20', 1)1 = О,б11; Ре = 1,91 ° 10ь стреляя унааывают йапраалейне лрнтенання ншдностн. давления и формы профиля лопатки определяет распределение давления на контуре лопатки и тем самым поведение пограничного слоя. На рис. 25.7 изображено распределение давления для двух турбинных решеток и показано положение точек отрыва на контуре лопатки. Мы видим, что для профиля 9 (рис.
25.7, а) точка отрыва при угле натекания р)= 90'лежит немного позади точки минимума давления и на верхней, и на нижней сторонах контура, однако только при малом числе Рейнольдса Ке = 10', при более жв высоком числе Рейнольдса Ке = 10« отрыв не возникает ни на верхней, ни на нижней стороне контура. Для профиля 15 (рис. 25.7, б) картина получается иная: при обоих углах натекания р) = 85' и р) = 110' на напорной стороне лопатки точна отрыва лежит немного позади точки минимума давления, а на подсасывающей стороне — совсем близко от задней кромки и при низком, и при высоком числах Рейнольдса. Различное поведение пограничного слоя в турбинной и насосной решетках подтверждается снимками течения в каналах между лопатками. На рис.
25.8 изображены такие снимки, полученные по методу интерферен- )),))) )~ . изменение плотности по сравнению с плотностью в невозмущенном течении. Внешний край пограничного слоя легко узнать по очень резкому перегибу интерференционных полос, возникающему вследствие разности «7 б) плотностей в пограничном слое и вне его (в свою очередь эта разность обусловлена большой разностью температур в пограничном слое и вне его, возникающей вследствие трения). Отрыв пограничного слоя заметен по его сильному утолщению. На лопатках турбинной ретпетки (рис. 25.8, а), на той их стороне, на которую жидкость натекает, отрыв не возникает; на противоположной же стороне (на «спинке» лопатки) происходит слабый отрыв вблизи задней кромки (на фотографии он намечен штрихами).
Иная картина получается при обтекании насосной решетки (рис. 25.8, б): сильный отрыв начинается на спинке лопаток уже вблизи носика лопатки, в результате чего возникает область застоя, заполняющая приблизительно половину просвета канала. В работе [ао] показано, как при помощи изложенного в з 4 настоящей главы метода можно вычислить коэффициенты потерь в плоской решетке при различных углах натекания. Обширная систематика таких расчетов и их сравнение с результатами измерений имеется в работе Н.
Шольца и Л. Шпайделя [»а), Распределение скоростей непосредственно позади выхода из решетки имеет в направлении фронта решетки четко выраженные впадины, возникающие под влиянием пограничных слоев отдельных лопаток. Ниже по течению эта разность скоростей вследствие турбулентного перемешивания выравнивается, что влечет за собой дальнейшую потерю энергии. Эту потерю можно вычислить на основании теоремы импульсов. Найденное значение следует присоединить к потере, возникающей в пограничном слое на решетке.
Таким образом, теоретическое вычисление потерь энергии, вызываемых прохождением потока через решетку, сводится к решению следующих трех ОпРеделение пРОюильного сопРОтивления 1ГЛь1ХХУ задач: 1) к определению теоретического потенциального распределения давления вдоль контура лопатки; 2) к расчету ламинарного и турбулентного пограничных слоев на контуре лопатки; 3) к вычислению потери энергии вследствие турбулентного перемешивания в спутном течении позади решетки. Полную потерю энергии, возникающую вследствие прохождения потока через решетку, проще всего выразить через равность Ан между полным давлением Рз невозмУЩенного течениЯ До Решетки и полным Давлением ьз' выРовнявшегося действительного течения далеко позади решетки.
Эта разность равна ~ь ьз ьз Рз+ 2 ~~ (Рз+ 2 ~з! (25. 32) где р', и зоз' суть давление и скорость в действительном, т. е. происходящем с потерямй энергии, течении далеко позади решетки (значения р,' и юз' не совпадают с соответствующими значениями рз и юз в идеальном течении, происходящем без потерь). Потерю Ад полного давления целесообразно сделать безразмерной, разделив ее для этого на динамическое давление, соответствующее осевой составляющей скорости юосев = н1з зтп яг1 = шз зш гяз (эта составляющая определяет количество жидкости, протекающее через решетку, и имеет, вследствие нераарывности течения, одинаковые значения до и позади решетки). Таким путем мы получим безразмерный коэффициент потери энергии в решетке') ° гьсот = Ьз вх р 2 осев (25.33) Систематические исследования решеток проведены в Брауншвейге [зт), РЧ, РУ), Р'1, РЧ.
Коэффициенты потерь определялись и путем теоретического расчета, и посредством измерения. На рис. 25.9 изображены некоторые из полученных результатов. Все решетки имеют лопатки с симметричным профилем МАСА 0010. Относительный шаг решеток И = 0,5; 0,75 и 1,0, а угол выноса лопаток рзыв = 90' (без выноса), 120' и 150'. Коэффициент потерь, определяемый формулой (25.33), дан в зависимости от коэффициента поворота скорости Еюсоз бяоз = юосез ') В теории паровых турбин принято выражать потерю энергии, вызванную прохождением потока через решетку, посредством коэффициента скорости ф, показывающего отношение действительной скорости после выхода из решетки к скорости после выхода из решетки без учета потерь, следовательно, ф = юз/юз.
Коэффициенты ьяо и ф связаны между собой отношением фз 1вет з1пз 9 где Ли~ос означает скорость, создаваемую решеткой в направлении фронта решетки. Для решетки без выноса лопаток (рзыз = 90') как положительные, так и отрицательные значения бя„означают, что решетка является насосной, для решетки же с выносом лопаток положительные значения б „соответствуют насосной решетке, а отрицательные — турбинной решетке. При небольших углах поворота уменьшение шага решетки во всех случаях влечет .за собой сильное увеличение коэффициента потерь. Причина этого заклюйается в том, что при меньшем шаге число лопаток возрастает, а при небольших углах поворота коэффициент потерь в первом приближении пропорционален числу лопаток. При больших углах поворота во всех случаях наступает 5 5! ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ В ЛОПАТОЧНЫХ РЕШЕТКАХ внезапное сильное увеличение коэффициента потерь, что объясняется отрывом течения на подсасывающей стороне лопаток вследствие сильной нагрузки подъемной силой.
У турбинных решеток коэффициенты потерь вообще меньше, а возможные углы поворота больше, чем у насосных решеток. Причиной такого различия в свойствах турбинных и насосных решеток является различное поведение в них пограничных слоев (см. рис. 25.7). Измерения и теоретические расчеты были выполнены для числа РейНОЛЬдоа !ТЕ = КгзГИ =- 5 405. ТЕОрЕтИЧЕСКИЕ раСЧЕтЫ бЫЛИ ПрОВЕдЕНЫ дЛя — ююгюае Да -4У -4У -Уу У УФ аа иаа ауууаиа аяза яма иапк иапи у ш Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
